CN117888863B - 砾石充填分层防砂完井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了砾石充填分层防砂完井工具，属于石油开采领域，包括衬管，所述衬管的表面开设有筛孔，所述衬管的环侧等距固定连接有分层挡板，所述衬管的外部活动套接有绕丝，且绕丝的顶端与分层挡板的下端之间固定连接，所述衬管的内部设有砾石充填器；所述衬管的四周内壁位于分层挡板的下方均设有充填机构，所述充填机构包括开设于衬管四周内壁位于分层挡板的下方的充填口，所述充填口的上端内壁内侧开设有滑槽，所述滑槽的内部滑动连接有活动块。可以实现在砾石透析层失效后，无需重新取出原油井管柱下入新工具，通过原工具充填口的开关，直接进行二次充填，既省力，又可大幅降低作业成本，减少作业时长，增加产量。

Description

砾石充填分层防砂完井工具

技术领域

本发明涉及石油开采领域，更具体地说，涉及砾石充填分层防砂完井工具。

背景技术

完井是指裸眼井钻达设计井深后，使井底和油层以一定结构连通起来的工艺；完井是钻井工作最后一个重要环节，又是采油工程的开端，与以后采油、注水及整个油气田的开发紧密相连。而油井完井质量的好坏直接影响到油井的生产能力和经济寿命，甚至关系到整个油田能否得到合理的开发；

完井方法包括射孔完井法、裸眼完井法、割缝衬管完井法及砾石充填完井法等，其中砾石充填完井法是指在衬管和井壁之间充填一定尺寸和数量的砾石；对于胶结疏松砂严重的地层，一般应采用砾石充填完井方式；它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井之目的；

公告号为：CN110017122B的中国专利公开了一种长井段砾石充填完井管柱及工艺方法，利用振荡组件的振荡作用，充分确保了长井段砾石充填层的密实度，提高了长井段砾石充填效率，保证了防砂完井效率；

上述方式虽然能够提高完井效率，保障完井砾石充填密实度，但随着生产的进行，一段时间后充填进入的砾石透析层逐渐被地层油液冲散、分散，透析层解体失去挡砂作用；常规充填工具可完成砾石充填、丢手等工序，但在砾石透析层解体后，只能将管柱、充填工具、筛管全部从井内取出，并重新下入新工具进行充填，此作业耗时长、工作强度高、成本高、并耽误生产时间。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供砾石充填分层防砂完井工具，可以实现在砾石透析层失效后，无需重新取出原油井管柱下入新工具，通过原工具充填口的开关，直接进行二次充填，即省力，又可大幅降低作业成本，减少作业时长，增加产量。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

砾石充填分层防砂完井工具，包括衬管，所述衬管的表面开设有筛孔，所述衬管的环侧等距固定连接有分层挡板，所述衬管的外部活动套接有绕丝，且绕丝的顶端与分层挡板的下端之间固定连接，所述衬管的内部设有砾石充填器；

所述衬管的四周内壁位于分层挡板的下方均设有充填机构，所述充填机构用于对油井实现分层充填，且每层区域充填可独立完成，所述充填机构包括开设于衬管四周内壁位于分层挡板的下方的充填口，所述充填口的上端内壁内侧开设有滑槽，所述滑槽的内部滑动连接有活动块，且活动块的下端弹性连接有受力块。

进一步的，所述充填机构还包括活动块与滑槽之间固定连接的弹簧，所述受力块向衬管的中心处倾斜设置，受力块可收缩至滑槽的内部。

进一步的，所述衬管的外部对应充填口的位置设有防回流机构，所述防回流机构包括活动套接于衬管的外部对应充填口位置的挡环，所述挡环的内侧下部设有第一卡块，且第一卡块的数量为两个，两个所述第一卡块之间形成卡槽，所述受力块的外侧下部固定连接有第二卡块，所述第二卡块的外端卡入至卡槽的内部。

进一步的，所述防回流机构还包括开设于挡环内侧上部以及衬管外壁的螺旋纹，所述挡环的内侧下部开设有活动槽，所述活动槽的内部活动连接有滑块，且滑块与第一卡块之间固定连接。

进一步的，所述挡环的下端外侧倾斜设置，所述挡环与衬管之间螺旋传动连接，所述活动槽与滑块的截面均为T字型。

进一步的，所述衬管的外部位于分层挡板的下端设有加固机构，所述加固机构包括活动套接于衬管外部的托盘，且托盘位于分层挡板的下方，所述托盘与弹簧的下端之间设有密封轴承，且密封轴承活动套接于衬管的外部，且密封轴承与衬管之间螺旋传动连接。

进一步的，所述托盘的上端外侧固定连接有压实环，且压实环的外壁等距弹性连接有压实块。

进一步的，所述托盘的底部固定连接有第一气囊，所述压实环的外部固定连接有第二气囊，所述第一气囊与第二气囊之间相连通，且第一气囊与第二气囊的连通处设有单向压力阀。

进一步的，所述第二气囊的底部设有泄压阀孔，且泄压阀孔的压力值大于单向压力阀的压力值。

进一步的，所述活动块与滑槽之间的摩擦力大于活动块与受力块之间的弹性形变力，所述受力块形变后与活动块处于同一垂直面，且受力块对充填口形成闭合。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

（1）本方案可以实现在砾石透析层失效后，无需重新取出原油井管柱下入新工具，通过原工具充填口的开关，直接进行二次充填，即省力，又可大幅降低作业成本，减少作业时长，增加产量。

（2）本方案利用第一卡块带动挡环同步上移，进而接触挡环对充填口的遮挡，使得砂砾能够顺利填充至衬管与油井之间的夹层中，在砾石填充之后，砾石充填器越过受力块，弹簧推动受力块复位，受力块利用第二卡块与第一卡块拉动挡环复位对充填口形成闭合，从而防止砾石回流至衬管内部。

（3）本方案在挡环下移复位时会发生旋转，并配合挡环下部的斜边，减少了挡环复位时所受砾石的阻力，便于挡环复位，并且挡环转动时，第一卡块利用滑块在活动槽内部滑动，使得挡环转动时，第一卡块处于水平静止状态，避免了第一卡块与第二卡块发生脱离。

（4）本方案当砾石有充填口排出时会落在托盘上，随着砾石的增加托盘受到砾石重力作用下移，直至托盘移动至下方的分层挡板处，使得砾石填充有序进行，保障了砾石填充的密实度，并且在托盘下移时，由于托盘中部的密封轴承与衬管之间螺旋传动连接，因此托盘过程中会发生旋转，从而带动其上端的压实环发生旋转，压实环旋转带动压实块旋转，利用压实块按压油井的井壁，对油井井壁进行压实，降低了砾石填充时井壁出现松散的几率，保障了砾石填充的顺利进行，

（5）当托盘下移至分层挡板处时会挤压其底部的第二气囊，从而将第二气囊内部的气体通过单向压力阀挤压至第一气囊内部，进而增加了压实环的直径，提高了压实环与油井井壁之间的密实度，使得油井内形成多层隔断，且每层隔断之间的砾石被分隔开来，进而便于后期进行单独填充维护，同时第二气囊的底部设有泄压阀孔，且泄压阀孔的压力值大于单向压力阀的压力值，因此在遇到油井井壁密实度较高的情况下，第一气囊内部在充入足够气体后，第二气囊内部的气体通过泄压阀孔排出，实现泄压作用，可实现对不同密实度的油井使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的平剖结构示意图；

图3为本发明的图2中A的放大图；

图4为本发明的防回流机构局部结构示意图；

图5为本发明的加固机构启动前结构示意图；

图6为本发明的加固机构启动后结构示意图；

图7为本发明的加固机构俯视结构示意图。

图中标号说明：

1、衬管；2、筛孔；3、分层挡板；4、绕丝；5、砾石充填器；6、充填机构；61、充填口；62、滑槽；63、活动块；64、受力块；65、弹簧；7、防回流机构；71、挡环；72、第一卡块；73、卡槽；74、第二卡块；75、螺旋纹；76、活动槽；77、滑块；8、加固机构；81、托盘；82、密封轴承；83、压实环；84、压实块；85、第一气囊；86、第二气囊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，砾石充填分层防砂完井工具，包括衬管1，所述衬管1的表面开设有筛孔2，所述衬管1的环侧等距固定连接有分层挡板3，所述衬管1的外部活动套接有绕丝4，且绕丝4的顶端与分层挡板3的下端之间固定连接，所述衬管1的内部设有砾石充填器5；

所述衬管1的四周内壁位于分层挡板3的下方均设有充填机构6，所述充填机构6用于对油井实现分层充填，且每层区域充填可独立完成，所述充填机构6包括开设于衬管1四周内壁位于分层挡板3的下方的充填口61，所述充填口61的上端内壁内侧开设有滑槽62，所述滑槽62的内部滑动连接有活动块63，且活动块63的下端弹性连接有受力块64；所述充填机构6还包括活动块63与滑槽62之间固定连接的弹簧65，所述受力块64向衬管1的中心处倾斜设置，受力块64可收缩至滑槽62的内部，所述活动块63与滑槽62之间的摩擦力大于活动块63与受力块64之间的弹性形变力，所述受力块64形变后与活动块63处于同一垂直面，且受力块64对充填口61形成闭合。

通过采用上述技术方案，首先将衬管1放入油井中，然后砾石充填器5在衬管1内部由上至下运动，运动过程中当砾石充填器5到达充填机构6处时，会与受力块64接触，随着砾石充填器5的继续下移，砾石充填器5会挤压受力块64，使得受力块64形变位移至充填口61的内部，从而使得砾石充填器5越过受力块64直至衬管1的底部，需要说明的是，在砾石充填器5越过受力块64后，受力块64弹性复位再次伸出至充填口61的外部，之后向上提升砾石充填器5，使得砾石充填器5的上部与最下方充填机构6上的受力块64底部发生抵触，从而使得砾石充填器5上移时推动受力块64同步上移，进而使得受力块64与活动块63一同被推入滑槽62的内部，此时弹簧65收缩，充填口61打开，接着砾石充填器5通过充填口61向衬管1与油井之间的夹层中充填砾石，直至位于最下方两个相邻分层挡板3之间填充满砾石后，砾石充填器5继续上移，此时受力块64被砾石充填器5完全推入滑槽62内部，使得受力块64与砾石充填器5之间不再发生抵触，进而受力块64越过受力块64到达上一处充填机构6处进行砾石填充，直至将衬管1与油井之间的夹层由下而上被填满砾石，实现了分层防砂完井作业，同时砾石充填器5可以在下移到任意的一层充填机构6处进行砾石填充，可以实现在砾石透析层失效后，无需重新取出原油井管柱下入新工具，通过原工具充填口61的开关，直接进行二次充填，即省力，又可大幅降低作业成本，减少作业时长，增加产量。

如图3与图4所示，所述衬管1的外部对应充填口61的位置设有防回流机构7，所述防回流机构7包括活动套接于衬管1的外部对应充填口61位置的挡环71，所述挡环71的内侧下部设有第一卡块72，且第一卡块72的数量为两个，两个所述第一卡块72之间形成卡槽73，所述受力块64的外侧下部固定连接有第二卡块74，所述第二卡块74的外端卡入至卡槽73的内部；

所述防回流机构7还包括开设于挡环71内侧上部以及衬管1外壁的螺旋纹75，所述挡环71的内侧下部开设有活动槽76，所述活动槽76的内部活动连接有滑块77，且滑块77与第一卡块72之间固定连接；

所述挡环71的下端外侧倾斜设置，所述挡环71与衬管1之间螺旋传动连接，所述活动槽76与滑块77的截面均为T字型。

通过采用上述技术方案，当受力块64受到砾石充填器5推动上移时，受力块64通过第二卡块74与第一卡块72之间的卡槽73形成卡合结构，从而利用第一卡块72带动挡环71同步上移，进而接触挡环71对充填口61的遮挡，使得砂砾能够顺利填充至衬管1与油井之间的夹层中，在砾石填充之后，砾石充填器5越过受力块64，弹簧65推动受力块64复位，受力块64利用第二卡块74与第一卡块72拉动挡环71复位对充填口61形成闭合，从而防止砾石回流至衬管1内部；

在此基础上，由于挡环71与衬管1之间通过螺旋纹75螺旋传动连接，因此，在挡环71下移复位时会发生旋转，并配合挡环71下部的斜边，减少了挡环71复位时所受砾石的阻力，便于挡环71复位，并且挡环71转动时，第一卡块72利用滑块77在活动槽76内部滑动，使得挡环71转动时，第一卡块72处于水平静止状态，避免了第一卡块72与第二卡块74发生脱离。

如图1及图5至图7所示，所述衬管1的外部位于分层挡板3的下端设有加固机构8，所述加固机构8包括活动套接于衬管1外部的托盘81，且托盘81位于分层挡板3的下方，所述托盘81与弹簧65的下端之间设有密封轴承82，且密封轴承82活动套接于衬管1的外部，且密封轴承82与衬管1之间螺旋传动连接；所述托盘81的上端外侧固定连接有压实环83，且压实环83的外壁等距弹性连接有压实块84；

所述托盘81的底部固定连接有第一气囊85，所述压实环83的外部固定连接有第二气囊86，所述第一气囊85与第二气囊86之间相连通，且第一气囊85与第二气囊86的连通处设有单向压力阀；所述第二气囊86的底部设有泄压阀孔，且泄压阀孔的压力值大于单向压力阀的压力值。

通过采用上述技术方案，当砾石有充填口61排出时会落在托盘81上，随着砾石的增加托盘81受到砾石重力作用下移，直至托盘81移动至下方的分层挡板3处，使得砾石填充有序进行，保障了砾石填充的密实度，并且在托盘81下移时，由于托盘81中部的密封轴承82与衬管1之间螺旋传动连接，因此托盘81过程中会发生旋转，从而带动其上端的压实环83发生旋转，压实环83旋转带动压实块84旋转，利用压实块84按压油井的井壁，对油井井壁进行压实，降低了砾石填充时井壁出现松散的几率，保障了砾石填充的顺利进行；

在此基础上，当托盘81下移至分层挡板3处时会挤压其底部的第二气囊86，从而将第二气囊86内部的气体通过单向压力阀挤压至第一气囊85内部，进而增加了压实环83的直径，提高了压实环83与油井井壁之间的密实度，使得油井内形成多层隔断，且每层隔断之间的砾石被分隔开来，进而便于后期进行单独填充维护，需要说明的是，第二气囊86的底部设有泄压阀孔，且泄压阀孔的压力值大于单向压力阀的压力值，因此在遇到油井井壁密实度较高的情况下，第一气囊85内部在充入足够气体后，第二气囊86内部的气体通过泄压阀孔排出，实现泄压作用，可实现对不同密实度的油井使用。

使用方法：首先将衬管1放入油井中，然后砾石充填器5在衬管1内部由上至下运动，运动过程中当砾石充填器5到达充填机构6处时，会与受力块64接触，随着砾石充填器5的继续下移，砾石充填器5会挤压受力块64，使得受力块64形变位移至充填口61的内部，从而使得砾石充填器5越过受力块64直至衬管1的底部，需要说明的是，在砾石充填器5越过受力块64后，受力块64弹性复位再次伸出至充填口61的外部，之后向上提升砾石充填器5，使得砾石充填器5的上部与最下方充填机构6上的受力块64底部发生抵触，从而使得砾石充填器5上移时推动受力块64同步上移，进而使得受力块64与活动块63一同被推入滑槽62的内部，此时弹簧65收缩，充填口61打开，接着砾石充填器5通过充填口61向衬管1与油井之间的夹层中充填砾石，直至位于最下方两个相邻分层挡板3之间填充满砾石后，砾石充填器5继续上移，此时受力块64被砾石充填器5完全推入滑槽62内部，使得受力块64与砾石充填器5之间不再发生抵触，进而受力块64越过受力块64到达上一处充填机构6处进行砾石填充，直至将衬管1与油井之间的夹层由下而上被填满砾石，实现了分层防砂完井作业，同时砾石充填器5可以在下移到任意的一层充填机构6处进行砾石填充，可以实现在砾石透析层失效后，无需重新取出原油井管柱下入新工具，通过原工具充填口61的开关，直接进行二次充填，即省力，又可大幅降低作业成本，减少作业时长，增加产量；

当受力块64受到砾石充填器5推动上移时，受力块64通过第二卡块74与第一卡块72之间的卡槽73形成卡合结构，从而利用第一卡块72带动挡环71同步上移，进而接触挡环71对充填口61的遮挡，使得砂砾能够顺利填充至衬管1与油井之间的夹层中，在砾石填充之后，砾石充填器5越过受力块64，弹簧65推动受力块64复位，受力块64利用第二卡块74与第一卡块72拉动挡环71复位对充填口61形成闭合，从而防止砾石回流至衬管1内部；

当砾石有充填口61排出时会落在托盘81上，随着砾石的增加托盘81受到砾石重力作用下移，直至托盘81移动至下方的分层挡板3处，使得砾石填充有序进行，保障了砾石填充的密实度，并且在托盘81下移时，由于托盘81中部的密封轴承82与衬管1之间螺旋传动连接，因此托盘81过程中会发生旋转，从而带动其上端的压实环83发生旋转，压实环83旋转带动压实块84旋转，利用压实块84按压油井的井壁，对油井井壁进行压实，降低了砾石填充时井壁出现松散的几率，保障了砾石填充的顺利进行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.砾石充填分层防砂完井工具，包括衬管（1），其特征在于：所述衬管（1）的表面开设有筛孔（2），所述衬管（1）的环侧等距固定连接有分层挡板（3），所述衬管（1）的外部活动套接有绕丝（4），且绕丝（4）的顶端与分层挡板（3）的下端之间固定连接，所述衬管（1）的内部设有砾石充填器（5）；

所述衬管（1）的四周内壁位于分层挡板（3）的下方均设有充填机构（6），所述充填机构（6）用于对油井实现分层充填，且每层区域充填可独立完成，所述充填机构（6）包括开设于衬管（1）四周内壁位于分层挡板（3）的下方的充填口（61），所述充填口（61）的上端内壁内侧开设有滑槽（62），所述滑槽（62）的内部滑动连接有活动块（63），且活动块（63）的下端弹性连接有受力块（64）；

所述充填机构（6）还包括活动块（63）与滑槽（62）之间固定连接的弹簧（65），所述受力块（64）向衬管（1）的中心处倾斜设置，受力块（64）可收缩至滑槽（62）的内部；

所述衬管（1）的外部对应充填口（61）的位置设有防回流机构（7），所述防回流机构（7）包括活动套接于衬管（1）的外部对应充填口（61）位置的挡环（71），所述挡环（71）的内侧下部设有第一卡块（72），且第一卡块（72）的数量为两个，两个所述第一卡块（72）之间形成卡槽（73），所述受力块（64）的外侧下部固定连接有第二卡块（74），所述第二卡块（74）的外端卡入至卡槽（73）的内部；

所述防回流机构（7）还包括开设于挡环（71）内侧上部以及衬管（1）外壁的螺旋纹（75），所述挡环（71）的内侧下部开设有活动槽（76），所述活动槽（76）的内部活动连接有滑块（77），且滑块（77）与第一卡块（72）之间固定连接；

所述衬管（1）的外部位于分层挡板（3）的下端设有加固机构（8），所述加固机构（8）包括活动套接于衬管（1）外部的托盘（81），且托盘（81）位于分层挡板（3）的下方；

所述托盘（81）的上端外侧固定连接有压实环（83），且压实环（83）的外壁等距弹性连接有压实块（84）；

所述托盘（81）的底部固定连接有第一气囊（85），所述压实环（83）的外部固定连接有第二气囊（86），所述第一气囊（85）与第二气囊（86）之间相连通，且第一气囊（85）与第二气囊（86）的连通处设有单向压力阀，当托盘（81）下移至分层挡板（3）处时会挤压其底部的第二气囊（86），将第二气囊（86）内部的气体通过单向压力阀挤压至第一气囊（85）内部，增加了压实环（83）的直径。

2.根据权利要求1所述的砾石充填分层防砂完井工具，其特征在于：所述挡环（71）的下端外侧倾斜设置，所述挡环（71）与衬管（1）之间螺旋传动连接，所述活动槽（76）与滑块（77）的截面均为T字型。

3.根据权利要求1所述的砾石充填分层防砂完井工具，其特征在于：所述托盘（81）与弹簧（65）的下端之间设有密封轴承（82），且密封轴承（82）活动套接于衬管（1）的外部，且密封轴承（82）与衬管（1）之间螺旋传动连接。

4.根据权利要求1所述的砾石充填分层防砂完井工具，其特征在于：所述第二气囊（86）的底部设有泄压阀孔，且泄压阀孔的压力值大于单向压力阀的压力值。

5.根据权利要求1所述的砾石充填分层防砂完井工具，其特征在于：所述活动块（63）与滑槽（62）之间的摩擦力大于活动块（63）与受力块（64）之间的弹性形变力，所述受力块（64）形变后与活动块（63）处于同一垂直面，且受力块（64）对充填口（61）形成闭合。